CN107447296B - 一种感温感湿纺织纤维及制备方法 - Google Patents

一种感温感湿纺织纤维及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及功能纤维技术领域，特别是涉及一种感温感湿纺织纤维及制备方法，所述感温感湿纺织纤维的制备方法，包括以下步骤：（1）将聚已内酯、引发剂和催化剂在凝胶中反应，得到柔性段乳液；（2）将脱水后的聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂在有机溶剂中在反应15~30min，反应温度为40~80℃，然后加入多元醇和水、催化剂和表面活性剂加入预聚体中，在80~120℃下高速搅拌混合30~60min，制得刚性段乳液；（3）同时对柔性段乳液和刚性段乳液进行静电纺丝，使柔性段纤维和刚性段纤维连接在一起，得到种感温感湿纺织纤维。本发明的感温感湿纺织纤维具有良好的感温、感湿伸缩性，当环境温度或湿度发生变化时，能够自动收缩或舒展，调节织布孔的大小，增加换热和透湿气性。

Description

一种感温感湿纺织纤维及制备方法
技术领域
本发明涉及功能纤维技术领域，特别是涉及一种感温感湿纺织纤维及制备方法。
背景技术
随着人民生活水平的提高，人们对于服装的要求已经从单纯的“保暖性” 逐步转变为对其“功能性”、“舒适性”的追求，其中防皱、阻燃、拒油、防水 透湿等功能性纺织品的相继问世极大地推动了纺织品后整理技术的发展。随 着研究领域的不断拓宽及纺织加工技术的不断发展，人们对服装最基本的保 暖御寒作用有了新的认识和理解。如何将时尚、美感与服装保暖性能有机地 结合起来，运用现代高新纺织加工技术，打破多年延续的仅靠机械增、减着装厚度来抵御大自然四季轮回的传统观念，变静态、被动的抵御为动态、积 极的调节，给予服装以新时代的气息，已成为人们的热门话题。
智能纺织品又称智能织物，它们已应用于实际如用于军事领域的交互式伪装物，或治疗伤员的纺织品等。特别是形状记忆高分子材料做成的织物能够感知环境变化( 如温度、力、电磁、溶剂等)的刺激，并响应这种变化，对其力学参数(如形状、位置、应变等)进行调整，从而回复到预先设定状态的材料，在航空、电子、生物医学工程等领域的智能结构中具有非常重要的潜在应用价值。智能调温纺织品对外界环境温度具有独特的智能响应性，当外界环境温 度升高时，其能够从环境中吸收热量并储存于纺织品内部；而当外界环境温度降低时，其又可将储存于纺织品内的热量放出，从而在其周围形成一个温 度基本恒定的局部气候，由此达到温度调节的目的，因此这种纺织品又称为 空调织物。由于智能调温纺织品的这种独特性质而使其具有很大的实用价 值，因此深受广大消费者的欢迎，所以市场潜力巨大。国内、外专家一致认为：继防水透湿等功能织物面市二十多年以后，智能调温纺织品将是下一个 最重要的，也是最具开发价值的舒适性纺织品之一。
智能纺织品服装类似于人的“第二层肌肤”，可以适应环境的变化，满足不同个体的需要。因此发展实用可行的智能纺织品对提升现有纺织品产业具有重要意义。
发明内容
针对目前现有技术的技术缺陷，本发明的目的是提供一种感温感湿纺织纤维及制备方法，他能够根据环境温度的变化，自动收缩或舒展，调节织布孔的大小，增加换热和透湿气性，具有极佳的舒适性。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种感温感湿纺织纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）柔性段的制备：将聚已内酯、羟基化线形大分子引发剂和催化剂在凝胶中超声分散均匀，在10~45℃反应1~5h，得到柔性段乳液；
（2）刚性段的制备：将聚醚多元醇在110℃～140℃脱水1h～3h，然后将脱水后的聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂在有机溶剂中在反应15~30min，反应温度为40~80℃，然后加入多元醇和水、催化剂和表面活性剂加入预聚体中，在80~120℃下高速搅拌混合30~60min，制得刚性段乳液；
（3）将柔性段乳液和刚性段乳液分别置于两台静电纺丝装置中，同时对柔性段乳液和刚性段乳液进行静电纺丝，使柔性段纤维和刚性段纤维发生高速碰撞，并连接在一起，得到种感温感湿纺织纤维。
本发明中，将高温下将柔性段纤维和刚性段纤维进行高速碰撞，使得两者在在高温下，在高速碰撞的同时发生快速融合，当温度降低时，纤维冷却后柔性链能够和刚性链良好的融合在一起，形成复合纤维，使复合纤维既具有良好的感温、感湿伸缩性，通过调节刚性链和柔性链的结构，调节伸缩形变温度区间和伸缩形变湿度区间，当环境温度发生变化时，可以根据环境温度的变化，自动收缩或舒展，调节织布孔的大小，增加换热和透湿气性，具有极佳的舒适性。
本发明中，引发剂能够改变柔性链的结构，为了调整柔性链的变形温度区间，优选的，所述羟基化线形大分子引发剂为聚丁二烯、反式聚异戊二烯、聚异戊二烯、丁二烯/异戊二烯共聚物中的至少一种。
本发明中，优选的，所述催化剂选自胍类催化剂、脒类催化剂、膦腈类催化剂、硫脲类催化剂、吡啶类催化剂、氮杂环卡宾类催化剂、膦化物催化剂中的至少一种；其中，胍类催化剂选自1,5,7-三氮杂二环癸-5-烯（TBD）、氮甲基-1,5,7-三氮杂二环癸-5-烯（MTBD），优选自1,5,7-三氮杂二环癸-5-烯（TBD）；脒类催化剂选自1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯（DBU）；膦腈类催化剂选自如结构式1、2所示的化合物；硫脲类催化剂选自1-(3,5-双-三氟甲基-苯基)-3-环己基硫脲；吡啶类催化剂选自4-二甲基氨基吡啶（DMAP）、4-吡咯烷基吡啶（PPY）；氮杂环卡宾类催化剂选自1,3-双（2,4,6- 三甲苯基）咪唑-2-亚基、1,3-二异丙基-4,5-二甲基-咪唑-2-亚基、1,3-双（2,6-二异丙基苯基）-咪唑-2-亚基；膦化物催化剂选自三正丁基膦、三叔丁基膦、二甲基苯基膦、甲基二苯基膦、三苯基膦。
凝胶能够根据环境中的湿度发生膨胀或者收缩，根据本发明，优选的，所述凝胶为水凝胶，进一步优选的，所述水凝胶选自二氧化凝胶、氧化铝凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、PVP凝胶、聚乙二醇水凝胶、聚乙烯醇、壳聚糖凝胶、海藻酸钠凝胶、琼脂糖凝胶、纤维素凝胶、蚕丝蛋白凝胶、核酸凝胶、多肽凝胶中的至少一种。
根据本发明，优选的，所述催化剂为三亚乙基二胺、三乙醇胺、双(二甲基胺基乙基)醚、二甲基环己胺、二甲基乙醇胺中的一种或多种；所述有机锡类催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡、二马来酸二丁基锡中的至少一种。
根据本发明，优选的，所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚丙二醇、聚乙二醇中的一种或几种；聚酯二元醇为聚己二酸己二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸丙二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚邻苯二甲酸丁醇酯二醇、聚己内酯二醇中的至少一种；
根据本发明，优选的，所述有机溶剂选自丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、磷酸三乙酯、丙酮、三氯甲烷、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、氯苯、乙醇、醋酸、乙酸乙酯、甲酸、氯仿、四氢呋喃和二甲基亚砜中的至少一种
根据本发明，优选的，根据本发明，优选的，所述柔性段的静电纺丝工艺与所述刚性段的静电纺丝工艺相同，所述静电纺丝的工艺为：电源电压10～60KV，纺丝环境条件为温度15～35℃，相对湿度25～90％；多针头喷丝单元针头间距2～30cm，喷丝单元针头数量为6～90个，所述柔性段的针头与刚性段的针头间距为5~10cm。
一种感温感湿纺织纤维，根据上述制备方法制备得到。
优选的，所述感温感湿纺织纤维的温度变形范围为30~45℃，所述感温感湿纺织纤维的空气相对湿度变形范围为25~95%。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明中，将高温下将柔性段纤维和刚性段纤维进行高速碰撞，使得两者在在高温下，在高速碰撞的同时发生快速融合，当温度降低时，纤维冷却后柔性链能够和刚性链良好的融合在一起，形成复合纤维，使复合纤维既具有良好的感温、感湿伸缩性，通过调节刚性链和柔性链的结构，调节伸缩形变温度区间和伸缩形变湿度区间，当环境温度发生变化时，可以根据环境温度的变化，自动收缩或舒展，调节织布孔的大小，增加换热和透湿气性，具有极佳的舒适性。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种感温感湿纺织纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）柔性段的制备：将聚已内酯、反式聚异戊二烯和甲基二苯基膦在聚乙二醇水凝胶中超声分散均匀，在25℃反应2h，得到软段乳液；
（2）刚性段的制备：将聚四氢呋喃醚二醇在120℃脱水1.5h，然后将脱水后的聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯和三亚乙基二胺在N,N-二甲基乙酰胺中在反应15min，反应温度为60℃，然后加入聚四氢呋喃醚二醇和水、三亚乙基二胺和表面活性剂加入预聚体中，在100℃下高速搅拌混合45min，制得硬段乳液；
（3）将软段乳液和硬段乳液分别置于两台静电纺丝装置中，同时对软段乳液和硬段乳液进行静电纺丝，柔性段的静电纺丝工艺与所述刚性段的静电纺丝工艺均为：电源电压50KV，纺丝环境条件为温度20℃，相对湿度60％；多针头喷丝单元针头间距10cm，喷丝单元针头数量为30个，所述柔性段的针头与刚性段的针头间距为8cm，使软段纤维和硬段纤维发生高速碰撞，并连接在一起，得到感温感湿纺织纤维。
本实施例中的感温感湿纺织纤维的温度变形范围为30~45℃，所述感温感湿纺织纤维的空气相对湿度变形范围为25~95%。
实施例2
一种感温感湿纺织纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）柔性段的制备：将聚已内酯、反式聚异戊二烯和1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯在二氧化凝胶中超声分散均匀，在20℃反应3h，得到软段乳液；
（2）刚性段的制备：将聚己二酸己二醇酯二醇在120℃脱水2h，然后将脱水后的聚己二酸己二醇酯二醇、聚己内酯和辛酸亚锡在N,N-二甲基乙酰胺中在反应20min，反应温度为50℃，然后加入聚己二酸己二醇酯二醇和水、辛酸亚锡和表面活性剂加入预聚体中，在105℃下高速搅拌混合45min，制得硬段乳液；
（3）将软段乳液和硬段乳液分别置于两台静电纺丝装置中，同时对软段乳液和硬段乳液进行静电纺丝，柔性段的静电纺丝工艺与所述刚性段的静电纺丝工艺均为：电源电压45KV，纺丝环境条件为温度30℃，相对湿度75％；多针头喷丝单元针头间距15cm，喷丝单元针头数量为60个，所述柔性段的针头与刚性段的针头间距为8cm，使软段纤维和硬段纤维发生高速碰撞，并连接在一起，得到感温感湿纺织纤维。
本实施例中的感温感湿纺织纤维的温度变形范围为30~40℃，所述感温感湿纺织纤维的空气相对湿度变形范围为40~95%。
实施例3
一种感温感湿纺织纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）柔性段的制备：将聚已内酯、聚异戊二烯和1,3-双（2,6-二异丙基苯基）-咪唑-2-亚基在聚乙烯醇水凝胶中超声分散均匀，在40℃反应1.5h，得到软段乳液；
（2）刚性段的制备：将聚邻苯二甲酸丁醇酯二醇在130℃脱水1h，然后将脱水后的聚邻苯二甲酸丁醇酯二醇、聚己内酯和二月桂酸二丁基锡在二甲基乙酰胺中在反应25min，反应温度为55℃，然后加入聚邻苯二甲酸丁醇酯二醇和水、二月桂酸二丁基锡和表面活性剂加入预聚体中，在110℃下高速搅拌混合45min，制得硬段乳液；
（3）将软段乳液和硬段乳液分别置于两台静电纺丝装置中，同时对软段乳液和硬段乳液进行静电纺丝，柔性段的静电纺丝工艺与所述刚性段的静电纺丝工艺均为：电源电压45KV，纺丝环境条件为温度25℃，相对湿度45％；多针头喷丝单元针头间距5cm，喷丝单元针头数量为20个，所述柔性段的针头与刚性段的针头间距为6cm，使软段纤维和硬段纤维发生高速碰撞，并连接在一起，得到感温感湿纺织纤维。
本实施例中的感温感湿纺织纤维的温度变形范围为30~40℃，所述感温感湿纺织纤维的空气相对湿度变形范围为60~90%。
实施例4
一种感温感湿纺织纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）柔性段的制备：将聚已内酯、聚丁二烯和4-吡咯烷基吡啶在海藻酸钠凝胶中超声分散均匀，在45℃反应1h，得到软段乳液；
（2）刚性段的制备：将聚丙二醇在140℃脱水1h，然后将脱水后的聚丙二醇、聚己内酯和二马来酸二丁基锡在N-甲基吡咯烷酮中在反应15min，反应温度为40℃，然后加入聚丙二醇和水、二马来酸二丁基锡和表面活性剂加入预聚体中，在80℃下高速搅拌混合30min，制得硬段乳液；
（3）将软段乳液和硬段乳液分别置于两台静电纺丝装置中，同时对软段乳液和硬段乳液进行静电纺丝，柔性段的静电纺丝工艺与所述刚性段的静电纺丝工艺均为：电源电压60KV，纺丝环境条件为温度35℃，相对湿度25％；多针头喷丝单元针头间距30cm，喷丝单元针头数量为6个，所述柔性段的针头与刚性段的针头间距为10cm，使软段纤维和硬段纤维发生高速碰撞，并连接在一起，得到感温感湿纺织纤维。
本实施例中的感温感湿纺织纤维的温度变形范围为30~42℃，所述感温感湿纺织纤维的空气相对湿度变形范围为30~60%。
实施例5
一种感温感湿纺织纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）柔性段的制备：将聚已内酯、聚异戊二烯和1,5,7-三氮杂二环癸-5-烯在聚丙烯酰胺凝胶中超声分散均匀，在10℃反应5h，得到软段乳液；
（2）刚性段的制备：将聚己二酸丁二醇酯二醇在110℃脱水3h，然后将脱水后的聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己内酯和二甲基乙醇胺在三氯甲烷中在反应30min，反应温度为80℃，然后加入聚己二酸丁二醇酯二醇和水、二甲基乙醇胺和表面活性剂加入预聚体中，在120℃下高速搅拌混合60min，制得硬段乳液；
（3）将软段乳液和硬段乳液分别置于两台静电纺丝装置中，同时对软段乳液和硬段乳液进行静电纺丝，柔性段的静电纺丝工艺与所述刚性段的静电纺丝工艺均为：电源电压10KV，纺丝环境条件为温度15℃，相对湿度90％；多针头喷丝单元针头间距2cm，喷丝单元针头数量为90个，所述柔性段的针头与刚性段的针头间距为5cm，使软段纤维和硬段纤维发生高速碰撞，并连接在一起，得到感温感湿纺织纤维。
本实施例中的感温感湿纺织纤维的温度变形范围为35~40℃，所述感温感湿纺织纤维的空气相对湿度变形范围为50~80%。
本发明还测试了实施例1~5中的纺织纤维的透气度，实验结果如表1。
透气度的测试方法：通过JIS-L-1096 8.27.1 A法(弗雷泽法)测定，单位为cc/cm2·s。
表1
实施例 克重（g/m<sup>2</sup>） 透气度（cc/cm<sup>2</sup>·s）
实施例1 28.7 1.88
实施例2 33.6 1.69
实施例3 35.1 1.95
实施例4 31.8 1.68
实施例5 32.6 1.59

Claims (10)

1.一种感温感湿纺织纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）柔性段的制备：将聚己内酯、羟基化线形大分子引发剂和第一催化剂在凝胶中超声分散均匀，在10~45℃反应1~5h，得到柔性段乳液；
（2）刚性段的制备：将聚醚多元醇在110℃～140℃脱水1h～3h，然后将脱水后的聚醚多元醇、聚己内酯和第二催化剂在有机溶剂中在反应15~30min，反应温度为40~80℃，然后将多元醇、水、第二催化剂和表面活性剂加入预聚体中，在80~120℃下高速搅拌混合30~60min，制得刚性段乳液；
（3）将柔性段乳液和刚性段乳液分别置于两台静电纺丝装置中，同时对柔性段乳液和刚性段乳液进行静电纺丝，使柔性段纤维和刚性段纤维发生高速碰撞，并连接在一起，得到感温感湿纺织纤维。
2.根据权利要求1所述的感温感湿纺织纤维的制备方法，其特征在于，所述羟基化线形大分子引发剂为聚丁二烯、聚异戊二烯、丁二烯/异戊二烯共聚物中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的感温感湿纺织纤维的制备方法，其特征在于，所述第一催化剂选自胍类催化剂、脒类催化剂、膦腈类催化剂、硫脲类催化剂、吡啶类催化剂、氮杂环卡宾类催化剂、膦化物催化剂中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的感温感湿纺织纤维的制备方法，其特征在于，所述凝胶为氧化铝凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、PVP凝胶、聚乙二醇水凝胶、聚乙烯醇、壳聚糖凝胶、海藻酸钠凝胶、琼脂糖凝胶、纤维素凝胶、蚕丝蛋白凝胶、核酸凝胶、多肽凝胶中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的感温感湿纺织纤维的制备方法，其特征在于，所述第二催化剂为三亚乙基二胺、三乙醇胺、双(二甲基胺基乙基)醚、二甲基环己胺、二甲基乙醇胺中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的感温感湿纺织纤维的制备方法，其特征在于，所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚丙二醇、聚乙二醇中的一种或几种。
7.根据权利要求5所述的感温感湿纺织纤维的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、二氯甲烷、磷酸三乙酯、三氯甲烷、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、氯苯、乙醇、醋酸、乙酸乙酯、甲酸、氯仿、四氢呋喃和二甲基亚砜中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的感温感湿纺织纤维的制备方法，其特征在于，所述柔性段的静电纺丝工艺与所述刚性段的静电纺丝工艺相同，所述静电纺丝的工艺为：电源电压10～60KV，纺丝环境条件为温度15～35℃，相对湿度25～90％；多针头喷丝单元针头间距2～30cm，喷丝单元针头数量为6～90个，所述柔性段的针头与刚性段的针头间距为5~10cm。
9.一种感温感湿纺织纤维，其特征在于，根据权利要求1~8中任意一项所述的制备方法制备得到。
10.根据权利要求9所述的感温感湿纺织纤维，其特征在于，其温度变形范围为30~45℃，空气相对湿度变形范围为25~95%。
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